[發明專利]改性納米原纖纖維素組合物的方法

有效

• 申請號: 201480047158.2
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN105492689B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: A·勞克凱恩;M·諾珀寧;M·里爾
• 申請（專利權）人: 芬歐匯川集團
• 主分類號: D21H11/18
• 分類號: D21H11/18;D21H11/20;D21H19/00;D21H21/18;D21H23/04;C08B37/00;C08B15/04;C08B15/08;D21B1/02;D21D1/20
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 王穎;陸蔚

本發明涉及用于改性納米原纖纖維素組合物的方法，所述方法包括制備帶離子電荷的納米原纖纖維素(NFC)的纖維分散體，以及在至少90℃的溫度下向所述纖維分散體施加熱處理，直到NFC的粘度開始下降。通過向NFC施加剪切力，所述熱處理過的NFC的粘度是可逆的。

技術領域

本發明涉及用于改性納米原纖纖維素組合物的方法。本發明還涉及改性的納米原纖纖維素。

背景技術

納米原纖纖維素是指從纖維素原料中得到的分離的纖維素微原纖或微原纖束。納米原纖纖維素(NFC)，也稱為微原纖纖維素(MFC)和其它相關名稱，是自然界中富含的天然聚合物。通常，納米原纖纖維素具有高縱橫比，原纖長度可長至幾微米。

通常，納米原纖纖維素生產技術是基于漿料纖維的水性分散體的研磨或均質化。分散體中納米原纖纖維素的濃度通常很低，經常為約1-5％。

通過將纖維素纖維原纖化成納米級原纖來生產納米原纖纖維素需要大量機械處理。為了生產純化的纖維素或減少能量需求，可在機械原纖化之前或之后施加化學處理或酶處理，以打斷纖維并降低縱橫比。這些方法通常在工業上是繁瑣且昂貴的。

另一方面，通過機械原纖化加工，在該加工中漿料纖維懸浮液的粘度增加。因此，研磨或均質化加工之后，得到的納米原纖纖維素材料是稀的粘彈性水凝膠。不過，對于某些應用，使用NFC/MFC的挑戰是在含水狀態下的高粘度。

因此，需要容易生產且成本經濟的納米原纖纖維素，所述納米原纖纖維素具有低粘度并仍然保持所需的原纖纖維素的性質。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種改性納米原纖纖維素組合物的新方法，所述納米原纖纖維素具有可逆的低零-剪切粘度和低屈服應力。“低粘度”的概念在本文中是指接近納米晶體纖維素或纖維素須可達到的粘性程度。

在本方法中，通過向帶離子電荷的納米原纖纖維素的纖維分散體施加在至少90℃的溫度下的熱處理，直到所述NFC的零-剪切粘度開始降低，來制備低零-剪切粘度的改性納米原纖纖維素。本文中“粘度開始降低”是指在熱處理過程中粘度值負增長的首次出現，所述粘度值負增長可通過用標準粘度測量方法，測量在某一段時間后得到的納米原纖纖維素樣品獲得。用于熱處理的溫度取決于處理的時間；如果需要，處理時間越短，所述溫度可以更高。所述零-剪切粘度值是在小剪切應力下恒定粘度區域中的值。術語“屈服應力”是指具有塑性性能的材料開始容易流動前需要的力。屈服應力可由用應力控制的流變儀測定的穩態流動曲線確定。當將所述粘度相對于施加的剪切應力作圖時，可看到在超過臨界剪切應力后粘度急劇下降。

在一個實施方式中，在設置成足夠高的壓力下進行所述熱處理以防止水沸騰。

較佳的是，進行所述熱處理的溫度為90-180℃，優選為100-150℃，最優選為120-140℃。

在一個實施方式中，所述帶離子電荷的納米原纖纖維素是由通過N-氧基介導的催化氧化反應來氧化纖維素，隨后將氧化的纖維素原纖化，而得到的氧化的納米原纖纖維素。優選地，所述氧化的纖維素的羧酸酯含量至少為0.5mmolCOOH/g漿料，優選為0.5-2.5mmolCOOH/g漿料，更優選為0.7-1.2mmol COOH/g漿料，最優選為0.9-1.1mmol COOH/g漿料。

或者，所述帶離子電荷的納米原纖纖維素是羧甲基化的納米原纖纖維素。優選地，所述羧甲基化的納米原纖纖維素的取代程度為0.05-0.3，優選為0.1-0.25。

在一個實施方式中，所述方法還包括向所述熱處理過的納米原纖纖維素施加剪切力。在另一個實施方式中，當在0.5％測量零-剪切粘度時，所述經受剪切力的納米原纖纖維素的零-剪切粘度是在所述熱處理之前的零-剪切粘度的至少80％。